Java编程synchronized与lock的区别【推荐】
前言
本文介绍了java编程synchronized与lock的区别的相关内容，如果您对synchronized与lock不太了解，这两篇文章 或许是不错的选择：
正文
从java 5之后，在java.util.concurrent.locks包下提供了另外一种方式来实现同步访问，那就是lock。
也许有朋友会问，既然都可以通过synchronized来实现同步访问了，那么为什么还需要提供lock？这个问题将在下面进行阐述。本文先从synchronized的缺陷讲起，然后再讲述java.util.concurrent.locks包下常用的有哪些类和接口，最后讨论以下一些关于锁的概念方面的东西。
一.synchronized的缺陷
synchronized是java中的一个关键字，也就是说是java语言内置的特性。那么为什么会出现lock呢？
在上面一篇文章中，我们了解到如果一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取了对应的锁，并执行该代码块时，其他线程便只能一直等待，等待获取锁的线程释放锁，而这里获取锁的线程释放锁只会有两种情况：
1）获取锁的线程执行完了该代码块，然后线程释放对锁的占有；
2）线程执行发生异常，此时jvm会让线程自动释放锁。
那么如果这个获取锁的线程由于要等待io或者其他原因（比如调用sleep方法）被阻塞了，但是又没有释放锁，其他线程便只能干巴巴地等待，试想一下，这多么影响程序执行效率。
因此就需要有一种机制可以不让等待的线程一直无期限地等待下去（比如只等待一定的时间或者能够响应中断），通过lock就可以办到。
再举个例子：当有多个线程读写文件时，读操作和写操作会发生冲突现象，写操作和写操作会发生冲突现象，但是读操作和读操作不会发生冲突现象。
但是采用synchronized关键字来实现同步的话，就会导致一个问题：
如果多个线程都只是进行读操作，所以当一个线程在进行读操作时，其他线程只能等待无法进行读操作。
因此就需要一种机制来使得多个线程都只是进行读操作时，线程之间不会发生冲突，通过lock就可以办到。
另外，通过lock可以知道线程有没有成功获取到锁。这个是synchronized无法办到的。
总结一下，也就是说lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下几点：
1）lock不是java语言内置的，synchronized是java语言的关键字，因此是内置特性。lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问；
2）lock和synchronized有一点非常大的不同，采用synchronized不需要用户去手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而lock则必须要用户去手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。
二.java.util.concurrent.locks包下常用的类
下面我们就来探讨一下java.util.concurrent.locks包中常用的类和接口。
1.lock
首先要说明的就是lock，通过查看lock的源码可知，lock是一个接口：
public interface lock {
void lock();
void lockinterruptibly() throws interruptedexception;
boolean trylock();
boolean trylock(long time, timeunit unit) throws interruptedexception;
void unlock();
condition newcondition();
}
下面来逐个讲述lock接口中每个方法的使用，lock()、trylock()、trylock(long time, timeunit unit)和lockinterruptibly()是用来获取锁的。unlock()方法是用来释放锁的。newcondition()这个方法暂且不在此讲述，会在后面的线程协作一文中讲述。
在lock中声明了四个方法来获取锁，那么这四个方法有何区别呢？
首先lock()方法是平常使用得最多的一个方法，就是用来获取锁。如果锁已被其他线程获取，则进行等待。
由于在前面讲到如果采用lock，必须主动去释放锁，并且在发生异常时，不会自动释放锁。因此一般来说，使用lock必须在try{}catch{}块中进行，并且将释放锁的操作放在finally块中进行，以保证锁一定被被释放，防止死锁的发生。通常使用lock来进行同步的话，是以下面这种形式去使用的：
lock lock = ...;
lock.lock();
try{
//处理任务
}catch(exception ex){
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}
trylock()方法是有返回值的，它表示用来尝试获取锁，如果获取成功，则返回true，如果获取失败（即锁已被其他线程获取），则返回false，也就说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。
trylock(long time, timeunit unit)方法和trylock()方法是类似的，只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间，在时间期限之内如果还拿不到锁，就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁，则返回true。
所以，一般情况下通过trylock来获取锁时是这样使用的：
lock lock = ...;
if(lock.trylock()) {
try{
//处理任务
}catch(exception ex){
}finally{
lock.unlock(); //释放锁
}
}else {
//如果不能获取锁，则直接做其他事情
}
lockinterruptibly()方法比较特殊，当通过这个方法去获取锁时，如果线程正在等待获取锁，则这个线程能够响应中断，即中断线程的等待状态。也就使说，当两个线程同时通过lock.lockinterruptibly()想获取某个锁时，假若此时线程a获取到了锁，而线程b只有在等待，那么对线程b调用threadb.interrupt()方法能够中断线程b的等待过程。
由于lockinterruptibly()的声明中抛出了异常，所以lock.lockinterruptibly()必须放在try块中或者在调用lockinterruptibly()的方法外声明抛出interruptedexception。
因此lockinterruptibly()一般的使用形式如下：
public void method() throws interruptedexception {
lock.lockinterruptibly();
try {
//.....
}
finally {
lock.unlock();
}
}
注意，当一个线程获取了锁之后，是不会被interrupt()方法中断的。因为本身在前面的文章中讲过单独调用interrupt()方法不能中断正在运行过程中的线程，只能中断阻塞过程中的线程。
因此当通过lockinterruptibly()方法获取某个锁时，如果不能获取到，只有进行等待的情况下，是可以响应中断的。
而用synchronized修饰的话，当一个线程处于等待某个锁的状态，是无法被中断的，只有一直等待下去。
2.reentrantlock
reentrantlock，意思是“可重入锁”，关于可重入锁的概念在下一节讲述。reentrantlock是唯一实现了lock接口的类，并且reentrantlock提供了更多的方法。下面通过一些实例看具体看一下如何使用reentrantlock。
例子1，lock()的正确使用方法
public class test {
private arraylist<integer> arraylist = new arraylist<integer>();
public static void main(string[] args) {
final test test = new test();
new thread(){
public void run() {
test.insert(thread.currentthread());
};
}.start();
new thread(){
public void run() {
test.insert(thread.currentthread());
};
}.start();
}
public void insert(thread thread) {
lock lock = new reentrantlock(); //注意这个地方
lock.lock();
try {
system.out.println(thread.getname()+"得到了锁");
for(int i=0;i<5;i++) {
arraylist.add(i);
}
} catch (exception e) {
// todo: handle exception
}finally {
system.out.println(thread.getname()+"释放了锁");
lock.unlock();
}
}
}
先想一下这段代码的输出结果是什么？
thread-0得到了锁 thread-1得到了锁 thread-0释放了锁 thread-1释放了锁
也许有朋友会问，怎么会输出这个结果？第二个线程怎么会在第一个线程释放锁之前得到了锁？原因在于，在insert方法中的lock变量是局部变量，每个线程执行该方法时都会保存一个副本，那么理所当然每个线程执行到lock.lock()处获取的是不同的锁，所以就不会发生冲突。
知道了原因改起来就比较容易了，只需要将lock声明为类的属性即可。
public class test {
private arraylist<integer> arraylist = new arraylist<integer>();
private lock lock = new reentrantlock(); //注意这个地方
public static void main(string[] args) {
final test test = new test();
new thread(){
public void run() {
test.insert(thread.currentthread());
};
}.start();
new thread(){
public void run() {
test.insert(thread.currentthread());
};
}.start();
}
public void insert(thread thread) {
lock.lock();
try {
system.out.println(thread.getname()+"得到了锁");
for(int i=0;i<5;i++) {
arraylist.add(i);
}
} catch (exception e) {
// todo: handle exception
}finally {
system.out.println(thread.getname()+"释放了锁");
lock.unlock();
}
}
}
这样就是正确地使用lock的方法了。
例子2，trylock()的使用方法
public class test {
private arraylist<integer> arraylist = new arraylist<integer>();
private lock lock = new reentrantlock(); //注意这个地方
public static void main(string[] args) {
final test test = new test();
new thread(){
public void run() {
test.insert(thread.currentthread());
};
}.start();
new thread(){
public void run() {
test.insert(thread.currentthread());
};
}.start();
}
public void insert(thread thread) {
if(lock.trylock()) {
try {
system.out.println(thread.getname()+"得到了锁");
for(int i=0;i<5;i++) {
arraylist.add(i);
}
} catch (exception e) {
// todo: handle exception
}finally {
system.out.println(thread.getname()+"释放了锁");
lock.unlock();
}
} else {
system.out.println(thread.getname()+"获取锁失败");
}
}
}
输出结果：
thread-0得到了锁 thread-1获取锁失败 thread-0释放了锁
例子3，lockinterruptibly()响应中断的使用方法：
public class test {
private lock lock = new reentrantlock();
public static void main(string[] args) {
test test = new test();
mythread thread1 = new mythread(test);
mythread thread2 = new mythread(test);
thread1.start();
thread2.start();
try {
thread.sleep(2000);
} catch (interruptedexception e) {
e.printstacktrace();
}
thread2.interrupt();
}
public void insert(thread thread) throws interruptedexception{
lock.lockinterruptibly(); //注意，如果需要正确中断等待锁的线程，必须将获取锁放在外面，然后将interruptedexception抛出
try {
system.out.println(thread.getname()+"得到了锁");
long starttime = system.currenttimemillis();
for( ; ;) {
if(system.currenttimemillis() - starttime >= integer.max_value)
break;
//插入数据
}
}
finally {
system.out.println(thread.currentthread().getname()+"执行finally");
lock.unlock();
system.out.println(thread.getname()+"释放了锁");
}
}
}
class mythread extends thread {
private test test = null;
public mythread(test test) {
this.test = test;
}
@override
public void run() {
try {
test.insert(thread.currentthread());
} catch (interruptedexception e) {
system.out.println(thread.currentthread().getname()+"被中断");
}
}
}
运行之后，发现thread2能够被正确中断。
3.readwritelock
readwritelock也是一个接口，在它里面只定义了两个方法：
public interface readwritelock {
/**
* returns the lock used for reading.
*
* @return the lock used for reading.
*/
lock readlock();
/**
* returns the lock used for writing.
*
* @return the lock used for writing.
*/
lock writelock();
}
一个用来获取读锁，一个用来获取写锁。也就是说将文件的读写操作分开，分成2个锁来分配给线程，从而使得多个线程可以同时进行读操作。下面的reentrantreadwritelock实现了readwritelock接口。
4.reentrantreadwritelock
reentrantreadwritelock里面提供了很多丰富的方法，不过最主要的有两个方法：readlock()和writelock()用来获取读锁和写锁。
下面通过几个例子来看一下reentrantreadwritelock具体用法。
假如有多个线程要同时进行读操作的话，先看一下synchronized达到的效果：
public class test {
private reentrantreadwritelock rwl = new reentrantreadwritelock();
public static void main(string[] args) {
final test test = new test();
new thread(){
public void run() {
test.get(thread.currentthread());
};
}.start();
new thread(){
public void run() {
test.get(thread.currentthread());
};
}.start();
}
public synchronized void get(thread thread) {
long start = system.currenttimemillis();
while(system.currenttimemillis() - start <= 1) {
system.out.println(thread.getname()+"正在进行读操作");
}
system.out.println(thread.getname()+"读操作完毕");
}
}
这段程序的输出结果会是，直到thread1执行完读操作之后，才会打印thread2执行读操作的信息。
thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0读操作完毕 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1读操作完毕
而改成用读写锁的话：
public class test {
private reentrantreadwritelock rwl = new reentrantreadwritelock();
public static void main(string[] args) {
final test test = new test();
new thread(){
public void run() {
test.get(thread.currentthread());
};
}.start();
new thread(){
public void run() {
test.get(thread.currentthread());
};
}.start();
}
public void get(thread thread) {
rwl.readlock().lock();
try {
long start = system.currenttimemillis();
while(system.currenttimemillis() - start <= 1) {
system.out.println(thread.getname()+"正在进行读操作");
}
system.out.println(thread.getname()+"读操作完毕");
} finally {
rwl.readlock().unlock();
}
}
}
此时打印的结果为：
thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0正在进行读操作 thread-1正在进行读操作 thread-0读操作完毕 thread-1读操作完毕
说明thread1和thread2在同时进行读操作。
这样就大大提升了读操作的效率。
不过要注意的是，如果有一个线程已经占用了读锁，则此时其他线程如果要申请写锁，则申请写锁的线程会一直等待释放读锁。
如果有一个线程已经占用了写锁，则此时其他线程如果申请写锁或者读锁，则申请的线程会一直等待释放写锁。
关于reentrantreadwritelock类中的其他方法感兴趣的朋友可以自行查阅api文档。
5.lock和synchronized的选择
总结来说，lock和synchronized有以下几点不同：
1）lock是一个接口，而synchronized是java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；
2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而lock在发生异常时，如果没有主动通过unlock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用lock时需要在finally块中释放锁；
3）lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；
4）通过lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。
5）lock可以提高多个线程进行读操作的效率。
在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。
三.锁的相关概念介绍
在前面介绍了lock的基本使用，这一节来介绍一下与锁相关的几个概念。
1.可重入锁
如果锁具备可重入性，则称作为可重入锁。像synchronized和reentrantlock都是可重入锁，可重入性在我看来实际上表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法调用的分配。举个简单的例子，当一个线程执行到某个synchronized方法时，比如说method1，而在method1中会调用另外一个synchronized方法method2，此时线程不必重新去申请锁，而是可以直接执行方法method2。
看下面这段代码就明白了：
class myclass {
public synchronized void method1() {
method2();
}
public synchronized void method2() {
}
}
上述代码中的两个方法method1和method2都用synchronized修饰了，假如某一时刻，线程a执行到了method1，此时线程a获取了这个对象的锁，而由于method2也是synchronized方法，假如synchronized不具备可重入性，此时线程a需要重新申请锁。但是这就会造成一个问题，因为线程a已经持有了该对象的锁，而又在申请获取该对象的锁，这样就会线程a一直等待永远不会获取到的锁。
而由于synchronized和lock都具备可重入性，所以不会发生上述现象。
2.可中断锁
可中断锁：顾名思义，就是可以相应中断的锁。
在java中，synchronized就不是可中断锁，而lock是可中断锁。
如果某一线程a正在执行锁中的代码，另一线程b正在等待获取该锁，可能由于等待时间过长，线程b不想等待了，想先处理其他事情，我们可以让它中断自己或者在别的线程中中断它，这种就是可中断锁。
在前面演示lockinterruptibly()的用法时已经体现了lock的可中断性。
3.公平锁
公平锁即尽量以请求锁的顺序来获取锁。比如同是有多个线程在等待一个锁，当这个锁被释放时，等待时间最久的线程（最先请求的线程）会获得该所，这种就是公平锁。
非公平锁即无法保证锁的获取是按照请求锁的顺序进行的。这样就可能导致某个或者一些线程永远获取不到锁。
在java中，synchronized就是非公平锁，它无法保证等待的线程获取锁的顺序。
而对于reentrantlock和reentrantreadwritelock，它默认情况下是非公平锁，但是可以设置为公平锁。
看一下这2个类的源代码就清楚了：
/**
* sync object for non-fair locks
*/
static final class nonfairsync extends sync {
private static final long serialversionuid = 7316153563782823691l;
/**
* performs lock. try immediate barge, backing up to normal
* acquire on failure.
*/
final void lock() {
if (compareandsetstate(0, 1))
setexclusiveownerthread(thread.currentthread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryacquire(int acquires) {
return nonfairtryacquire(acquires);
}
}
/**
* sync object for fair locks
*/
static final class fairsync extends sync {
private static final long serialversionuid = -3000897897090466540l;
final void lock() {
acquire(1);
}
在reentrantlock中定义了2个静态内部类，一个是notfairsync，一个是fairsync，分别用来实现非公平锁和公平锁。
我们可以在创建reentrantlock对象时，通过以下方式来设置锁的公平性：
reentrantlock lock = new reentrantlock(true);
如果参数为true表示为公平锁，为fasle为非公平锁。默认情况下，如果使用无参构造器，则是非公平锁。
/**
* creates an instance of {@code reentrantlock}.
* this is equivalent to using {@code reentrantlock(false)}.
*/
public reentrantlock() {
sync = new nonfairsync();
}
/**
* creates an instance of {@code reentrantlock} with the
* given fairness policy.
*
* @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
*/
public reentrantlock(boolean fair) {
sync = fair ? new fairsync() : new nonfairsync();
}
另外在reentrantlock类中定义了很多方法，比如：
isfair() //判断锁是否是公平锁
islocked() //判断锁是否被任何线程获取了
isheldbycurrentthread() //判断锁是否被当前线程获取了
hasqueuedthreads() //判断是否有线程在等待该锁
在reentrantreadwritelock中也有类似的方法，同样也可以设置为公平锁和非公平锁。不过要记住reentrantreadwritelock并未实现lock接口，它实现的是readwritelock接口。
4.读写锁
读写锁将对一个资源（比如文件）的访问分成了2个锁，一个读锁和一个写锁。
正因为有了读写锁，才使得多个线程之间的读操作不会发生冲突。
readwritelock就是读写锁，它是一个接口，reentrantreadwritelock实现了这个接口。
可以通过readlock()获取读锁，通过writelock()获取写锁。
上面已经演示过了读写锁的使用方法，在此不再赘述。
总结
以上就是本文关于java编程synchronized与lock的区别的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站：解析java编程之synchronized锁住的对象、java编程实现排他锁代码详解等，有什么问题可以随时留言，欢迎大家一起交流讨论。感谢朋友们对网站的支持！
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